«Гистерезис»

(от греч. hysteresis — отставание, запаздывание)

явление, которое состоит в том, что физическая величина, характеризующая состояние тела (например, намагниченность), неоднозначно зависит от физические величины, характеризующей внешние условия (например, магнитного поля). Г. наблюдается в тех случаях, когда состояние тела в данный момент времени определяется внешними условиями не только в тот же, но и в предшествующие моменты времени. Неоднозначная зависимость величин наблюдается в любых процессах, т.к. для изменения состояния тела всегда требуется определённое время (время релаксации (См. Релаксация)) и реакция тела отстаёт от вызывающих её причин. Такое отставание тем меньше, чем медленнее изменяются внешние условия Однако для некоторых процессов отставание при замедлении изменения внешних условий не уменьшается. В этих случаях неоднозначную зависимость величин называется гистерезисной, а само явление — Г.

Г. наблюдается в различных веществах и при разных физических процессах. Наибольший интерес представляют: магнитный Г., диэлектрический Г. и упругий Г.

Магнитный Г. наблюдается в магнитных материалах, например в ферромагнетиках (См. Ферромагнетики). Основной особенностью ферромагнетиков является наличие спонтанной (самопроизвольной) намагниченности. Обычно ферромагнетик намагничен не однородно, а разбит на доме́ны — области однородной спонтанной намагниченности, у которых величина намагниченности (магнитного момента единицы объема) одинакова, а направления различны. Под действием внешнего магнитного поля число и размеры доменов, намагниченных по полю, увеличиваются за счёт др. доменов. Кроме того, магнитные моменты отдельных доменов могут поворачиваться по полю. В результате магнитный момент образца увеличивается.

На рис. 1 изображена зависимость магнитного момента М ферромагнитного образца от напряжённости Н внешнего магнитного поля (кривая намагничивания). В достаточно сильном магнитном поле образец намагничивается до насыщения (при дальнейшем увеличении поля значение М практически не изменяется, точка А). При этом образец состоит из одного домена с магнитным моментом насыщения M_s, направленным по полю. При уменьшении напряжённости внешнего магнитного поля Н магнитный момент образца М будет уменьшаться по кривой I преимущественно за счёт возникновения и роста доменов с магнитным моментом, направленным против поля. Рост доменов обусловлен движением доменных стенок. Это движение затруднено из-за наличия в образце различных дефектов (примесей, неоднородностей и т.п.), которые закрепляют доменные стенки в некоторых положениях; требуются достаточно сильные магнитные поля для того, чтобы их сдвинуть. Поэтому при уменьшении поля Н до нуля у образца сохраняется т. н. остаточный магнитный момент M_r (точка В).

Образец полностью размагничивается лишь в достаточно сильном поле противоположного направления, называемом коэрцитивным полем (коэрцитивной силой (См. Коэрцитивная сила)) Н_с (точка С). При дальнейшем увеличении магнитного поля обратного направления образец вновь намагничивается вдоль поля до насыщения (точка D). Перемагничивание образца (из точки D в точку А) происходит по кривой II. Т. о., при циклическом изменении поля кривая, характеризующая изменение магнитного момента образца, образует петлю магнитного Г. Если поле Н циклически изменять в таких пределах, что намагниченность насыщения не достигается, то получается непредельная петля магнитного Г. (кривая III). Уменьшая амплитуду изменения поля Ндо нуля, можно образец полностью размагнитить (прийти в точку О). Намагничивание образца из точки О происходит по кривой IV.

При магнитном Г. одному и тому же значению напряжённости внешнего магнитного поля Н соответствуют разные значения магнитного момента М. Эта неоднозначность обусловлена влиянием состояний образца, предшествующих данному (т. е. магнитной предысторией образца).

Вид и размеры петли магнитного Г., величина Н_с в различных ферромагнетиках могут меняться в широких пределах. Например, в чистом железе Н_с=1 э, в сплаве магнико Н_с= 580 э. На петлю магнитного Г. сильно влияет обработка материала, при которой изменяется число дефектов (рис. 2).

Площадь петли магнитного Г. равна энергии, теряемой в образце за один цикл изменения поля. Эта энергия идёт, в конечном счёте, на нагревание образца. Такие потери энергии называются гистерезисными. В тех случаях, когда потери на Г. нежелательны (например, в сердечниках трансформаторов, в статорах и роторах электрических машин), применяют магнитномягкие материалы, обладающие малым Н_с и малой площадью петли Г. Для изготовления постоянных магнитов, напротив, требуются магнитножёсткие материалы с большим Н_с.

С ростом частоты переменного магнитного поля (числа циклов перемагничивания в единицу времени) к гистерезисным потерям добавляются др. потери, связанные с вихревыми токами (См. Вихревые токи) и магнитной вязкостью (См. Магнитная вязкость). Соответственно площадь петли Г. при высоких частотах увеличивается. Такую петлю иногда называют динамической петлей, в отличие от описанной выше статической петли.

От магнитного момента зависят многие др. свойства ферромагнетика, например электрическое сопротивление, механическая деформация. Изменение магнитного момента вызывает изменение и этих свойств. Соответственно наблюдается, например, гальваномагнитный Г., магнитострикционный Г.

Диэлектрический Г. наблюдается обычно в сегнетоэлектриках (См. Сегнетоэлектрики), например титанате бария. Зависимость поляризации Р от напряжённости электрического поля Е в сегнетоэлектриках (рис. 3) подобна зависимости М от Н в ферромагнетиках и объясняется наличием спонтанной электрической поляризации, электрических доменов (См. Домены) и трудностью перестройки доменной структуры. Гистерезисные потери составляют большую часть диэлектрических потерь (См. Диэлектрические потери) в сегнетоэлектриках.

Поскольку с поляризацией связаны др. характеристики сегнетоэлектриков, например деформация, то с диэлектрическим Г. связаны др. виды Г., например пьезоэлектрический Г. (рис. 4), Г. электрооптического эффекта (См. Электрооптический эффект). В некоторых случаях наблюдаются двойные петли диэлектрического Г. (рис. 5). Это объясняется тем, что под влиянием электрического поля в образце происходит фазовый переход с перестройкой кристаллической структуры. Такого рода диэлектрический Г. тесно связан с Г. при фазовых переходах.

Упругий Г., т. е. гистерезисная зависимость деформации и от механического напряжения σ, наблюдается в любых реальных материалах при достаточно больших напряжениях (рис. 6). Упругий Г. возникает всякий раз, когда имеет место пластическая (неупругая) деформация (см. Пластичность). Пластическая деформация обусловлена перемещением дефектов, например дислокаций (См. Дислокации), всегда присутствующих в реальных материалах. Примеси, включения и др. дефекты, а также сама кристаллическая решётка стремятся удержать дислокацию в определенных положениях в кристалле. Поэтому требуются напряжения достаточной величины, чтобы сдвинуть дислокацию. Механическая обработка и введение примесей приводят к закреплению дислокаций, в результате чего происходит упрочнение материала, пластическая деформация и упругий Г. наблюдаются при больших напряжениях. Энергия, теряемая в образце за один цикл, идёт в конечном счёте на нагревание образца. Потери на упругий Г. дают вклад во Внутреннее трение. В случае упругих деформаций, помимо гистерезисных, есть и др. потери, например обусловленные вязкостью (См. Вязкость магнитная). Величина этих потерь, в отличие от гистерезисных, зависит от частоты изменения σ (или и). Иногда понятие «упругий Г.» употребляется шире — говорят о динамической петле упругого Г., включающей все потери на данной частоте.

Лит.: Киренский Л. В., Магнетизм, 2 изд., М., 1967; Вонсовский С. В., Современное учение о магнетизме, М. — Л., 1952; Бозорт Р., Ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956; Иона Ф., Ширане Д., Сегнетоэлектрические кристаллы, пер. с англ., М., 1965; Постников В. С., Внутреннее трение в металлах, М., 1969; Физический энциклопедический словарь, т. 1, М., 1960.

А. П. Леванюк, Д. Г. Санников.

Рис. 1. Петля магнитного гистерезиса для ферромагнетика: Н — напряжённость магнитного поля; М — магнитный момент образца; Н_с — коэрцитивное поле; M_r — остаточный магнитный момент; M_s — магнитный момент насыщения. Пунктиром показана непредельная петля гистерезиса. Схематически приведена доме́нная структура образца для некоторых точек петли.

Рис. 2. Влияние механической и термической обработки на форму петли магнитного гистерезиса пермалоя: 1 — после наклёпа; 2 — после отжига; 3 — кривая мягкого железа (для сравнения).

Рис. 3. Петля диэлектрического гистерезиса в сегнетоэлектрике: Р — поляризация образца; Е — напряжённость электрического поля.

Рис. 4. Петля гистерезиса обратного пьезоэлектрического эффекта в титанате бария: U — деформация: Е — напряжённость электрического поля.

Рис. 5. Двойная петля диэлектрического гистерезиса.

Рис. 6. Петля упругого гистерезиса: σ — механическое напряжение; u — деформация.

1. гистере́зис;
2. гистере́зисы;
3. гистере́зиса;
4. гистере́зисов;
5. гистере́зису;
6. гистере́зисам;
7. гистере́зис;
8. гистере́зисы;
9. гистере́зисом;
10. гистере́зисами;
11. гистере́зисе;
12. гистере́зисах.

ГИСТЕРЕЗИС (от греч. hysteresis - отставание) - запаздывание изменения физической величины, характеризующей состояние вещества (намагниченности М ферромагнетика, поляризации P сегнетоэлектрика и т. п.), от изменения другой физической величины, определяющей внешние условия (напряженности магнитного H и электрического E полей). Гистерезис наблюдается в тех случаях, когда состояние тела определяется внешними условиями не только в данный момент времени, но и в предшествующие моменты. Наиболее важны: магнитный гистерезис, сегнетоэлектрический гистерезис и упругий гистерезис. Неоднозначная зависимость M от H, P от E и др. при циклическом изменении H, E и др. изображается петлей гистерезиса.

hysteresis

hysteresis effect, differential gap, hysteresis

m.hysteresis

ГИСТЕРЕЗИС

(от греч. hysteresis — отставание, запаздывание), явление, к-рое состоит в том, что физ. величина, характеризующая состояние тела (напр., намагниченность), неоднозначно зависит от физ. величины, характеризующей внеш. условия (напр., магн. поля). Г. наблюдается в тех случаях, когда состояние тела в данный момент времени определяется внеш. условиями не только в тот же, но и в предшествующие моменты времени. Неоднозначная зависимость величин наблюдается в любых процессах, т. к. для изменения состояния тела всегда требуется определ. время (время релаксации) и реакция тела отстаёт от вызывающих её причин. Такое отставание тем меньше, чем медленнее изменяются внеш. условия. Однако для нек-рых процессов отставание при замедлении изменения внеш. условий не уменьшается. В этих случаях неоднозначную зависимость величин наз. гистерезисной, а само явление — Г. Наблюдается Г. в разл. в-вах и при разных физ. процессах. Наибольший интерес представляют магн. Г., сегнетоэлектрич. Г. и упругий Г.

.

Рис. 1. Кривые намагничивания и размагничивания ферромагнетика при наличии магн. гистерезиса: Н — напряжённость внеш. магн. поля; М — намагниченность образца; Нc — коэрцитивное поле; Мr — остаточная намагниченность; Ms — намагниченность насыщения. Пунктиром показана непредельная петля гистерезиса. Схематически приведена доменная структура образца для нек-рых точек петли. Для ед. объёма Ms=Js.

Магнитный Г. наблюдается в магнитоупорядоченных в-вах, напр. в ферромагнетиках. Обычно ферромагнетик разбит на домены — области однородной самопроизвольной (спонтанной) намагниченности, у к-рых намагниченность Js (магн. момент Ms ед. объёма) одинакова, но направления вектора JS различны. Под действием внеш. магн. поля число и размеры: доменов, намагниченных по полю, увеличиваются за счёт др. доменов. Кроме того, векторы Js отд. доменов могут поворачиваться по полю (см. НАМАГНИЧИВАНИЕ). На рис. 1 изображены кривые намагничивания и размагничивания ферромагн. образца при наличии Г. (петля Г.). В достаточно сильном магн. поле образец намагничивается до насыщения (точка А). При этом образец состоит из одного домена с намагниченностью насыщения Ms, направленной по полю. При уменьшении напряжённости внеш. магн. поля Н значение М будет уменьшаться по кривой I преим. за счёт возникновения и роста доменов с магн. моментом, направленным против поля. Рост доменов обусловлен движением доменных стенок. Это движение происходит скачками из-за наличия в образце разл. дефектов (примесей, неоднородностей и т. п.), на к-рых доменные стенки задерживаются; требуется заметно увеличить магн. ноле для того, чтобы их сдвинуть. Поэтому при уменьшении Н до нуля у образца сохраняется т. н. остаточная намагниченность Мr (точка В). Образец полностью размагничивается лишь в достаточно сильном поле противоположного направления, наз. коэрцитивным полем (коэрцитивной силой) Нс (точка С). При дальнейшем увеличении магн. поля обратного направления образец вновь намагничивается вдоль поля до насыщения (точка D). Перемагничпвание образца (D ®А) происходит по кривой //. Т. о., при циклич. изменении поля кривая, характеризующая изменение намагниченности образца, образует петлю магн. Г. Бели поле H циклически изменять в таких пределах, что насыщение не достигается, то получается непредельная петля магн. Г. (кривая III). Уменьшая амплитуду изменения поля Н до нуля, можно образец полностью размагнитить (прийти в точку О). Намагничивание образца из точки О происходит по кривой IV.

Вид и размеры петли магн. Г., значение Нс для разл. ферромагнетиков могут меняться в широких пределах. Напр., в чистом железе Hc=1Э, в сплаве магнико Hc=580 Э. На форму петли магн. Г. сильно влияет обработка материала, при к-рой изменяется число дефектов (рис. 2).

Площадь петли магн. Г. пропорц. энергии, теряемой в образце за один цикл изменения поля. Эта энергия идёт, в конечном счёте, на нагревание образца. Такие потери энергии наз. гистерезисными. В тех случаях, когда потери на Г. нежелательны (напр., в сердечниках трансформаторов, в статорах и роторах электрич. машин), применяют магнитно-мягкие материалы, обладающие малыми значениями Hс и площади петли Г. Для изготовления магнитов постоянных применяют жёсткие магн. материалы с большой коэрцитивной силой.

С ростом частоты перем. магн. поля (числа циклов перемагничивания в ед. времени) к гистерезисным потерям добавляются др. потери, связанные с вихревыми токами и магнитной вязкостью.

.

Рис. 2. Влияние механич. и термич. обработки на форму петли магн. гистерезиса железоникелевого сплава (пермаллоя): 1 — после наклёпа; 2 — после отжига: 3 — кривая магнитно-мягкого железа (для сравнения).

Соотв. площадь петли Г. при высоких частотах увеличивается. Такую петлю иногда наз. динамической, в отличие от описанной выше статич. петли.

От намагниченности зависят многие др. св-ва ферромагнетика, напр. электрич. сопротивление, механич. деформации. Изменение намагниченности вызывает изменение этих св-в. Соотв. наблюдается, напр., гальваномагнитный Г., магнитострикционный Г.

Сегнетоэлектрический Г.— неоднозначная зависимость электрич. поляризации Р сегнетоэлектрика от электрич. поля Е (рис. 3). При включении поля 23 и последующем его возрастании возникшая поляризация сначала резко увеличивается, а затем достигает насыщения Ps. С убыванием поля Е поляризация уменьшается медленнее, чем по осн. кривой Оа. При E=0 значение Р?0, оно наз. остаточной поляризацией PR. Для того чтобы уменьшить поляризацию до нуля, надо приложить электрич. поле Ec противоположного направления, его наз. к о э р ц и т и в н ы м. При дальнейшем увеличении обратного поля вновь достигается состояние насыщения Ps. При полном цикле изменения поля Е от точки а до точки b и обратно к а изменения Р графически характеризуются замкнутой кривой, наз. сегнетоэлектрической петлёй Г.

.

Рис. 3. Петля диэлектрич. гистерезиса в сегнетоэлектрике: Р — поляризация образца; Е — напряжённость электрич. поля.

Поскольку с поляризацией связаны др. хар-ки сегнетоэлектриков, напр. деформация, то с сегнетоэлектрич. Г. связаны др. виды Г., напр. пьезоэлектрич. Г., Г. электрооптич. эффектов. Гистерезисные потери составляют б. ч. диэлектрических потерь в сегнетоэлектриках.

.

Рис. 4. Петля упругого гистерезиса: по оси абсцисс — деформация, по оси ординат — напряжение.

Упругий Г.— отставание во времени развития деформаций упругого тела от напряжений; явл. одним из проявлений внутреннего трения в твёрдых телах. При циклич. повторении нагрузки и разгрузки тела диаграмма, изображающая напряжение s в ф-ции от деформации e, даёт петлю упругого Г. (рис. 4), площадь к-рой DU пропорц. доле энергии упругости, перешедшей в теплоту. Для оценки упругого Г. часто пользуются относит. величиной y=DU/U, где U — энергия упругой деформации (заштрихованная область на рис. 4).

Причина упругого Г. заключается в появлении в отдельных более слабых зёрнах кристалла местных пластич. деформаций, создающих в окружающей среде остаточные напряжения; эти последние при изменении нагружения тела производят местную пластич. деформацию обратного знака; в обоих случаях энергия расходуется на необратимые процессы. Кроме того, экспериментально установлена связь упругого Г. с магн. полями и магн. Г. (у ферромагн. тел), с магнитострикционным Г., межкристаллитными включениями, составом сплавов, термо- и технол. обработкой и с рядом др. факторов. Явление упругого Г. как упругого несовершенства свойственно всем телам и отмечалось даже при темп-pax, близких к абс. нулю. Оно явл. причиной затухания свободных колебаний самих упругих тел, затухания в них звука, уменьшения коэфф. восстановления при неупругом ударе и обусловливает необходимость затраты внеш. энергии для поддержания вынужденных колебаний.

Для объяснения природы упругого Г. привлекаются теория релаксации, теория дислокаций и др.

ГИСТЕРЕЗИС, явление, характерное для упругих тел; заключается в том, что ДЕФОРМАЦИЯ тела при увеличении НАПРЯЖЕНИЯ меньше, чем при его уменьшении из-за задержки эффекта деформации. Когда механическое напряжение удалено полностью, остается остаточная деформация. Явление также встречается в магнитных материалах: намагниченность больше, когда магнитное поле уже уменьшается. Это явление особенно важно в ФЕРРОМАГНЕТИЗМЕ: намагниченность ферромагнитных материалов отстает от напряженности магнитного поля.

ГИСТЕРЕ́ЗИС [тэ; рэ́], -а; м. [от греч. hysterēsis - отставание, запаздывание] Мед. Отставание во времени реакции частей организма от вызывающего её внешнего воздействия.

◁ Гистере́зисный, -ая, -ое. Г-ые реакции.

* * *

(от греч. hystérēsis — отставание), запаздывание изменения физической величины, характеризующей состояние вещества (намагниченности М ферромагнетика, поляризации Р сегнетоэлектрика и т. п.), от изменения другой физической величины, определяющей внешние условия (напряжённости магнитного Н и электрического Е полей). Гистерезис наблюдается в тех случаях, когда состояние тела определяется внешними условиями не только в данный момент времени, но и в предшествующие моменты. Наиболее важны: магнитный, сегнетоэлектрический и упругий гистерезис. Неоднозначная зависимость М от Н, Р от Е и др. при циклическом изменении Н, Е и др. изображается петлёй гистерезиса.

* * *

ГИСТЕРЕ́ЗИС (от греч. hysteresis — отставание), запаздывание изменения физической величины, характеризующей состояние вещества (намагниченности М ферромагнетика(см. ФЕРРОМАГНЕТИК), поляризации P сегнетоэлектрика(см. СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ) и т. п.), от изменения другой физической величины, определяющей внешние условия (напряженности магнитного H и электрического E полей). Гистерезис наблюдается в тех случаях, когда состояние тела определяется внешними условиями не только в данный момент времени, но и в предшествующие моменты. Наиболее важны: магнитный гистерезис, сегнетоэлектрический гистерезис и упругий гистерезис. Неоднозначная зависимость M от H, P от E и др. при циклическом изменении H, E и др. изображается петлей гистерезиса.

(от греч.hysteresis — отставание, запаздывание) - отставание во времени реакции тела (в физике) или частей организма (в биологии) от вызывающего ее внешнего воздействия, наблюдающееся тогда, когда состояние тела (или частей организма) в рассматриваемый момент времени определяется также внешними условиями, существовавшими ранее. В физике наиболее известен магнитный гистерезис, тогда как в биологии в качестве такого может выступить меняющаяся весной и осенью разница температур левой и правой рук, из-за различающейся «памяти» чувствительных клеток рук о температурном режиме предыдущего сезона.

(от греч. hysteresis - запаздывание) - различная реакция физ. тела на нек-рые внеш. воздействия в зависимости от того, подвергалось ли это тело ранее тем же воздействиям или подвергается им впервые. Г. объясняется необратимыми изменениями, проявляющимися в разл. течении прямых и обратных процессов.

1) Г. магнитный - различие в значениях намагниченности М ферромагнетика (см. Ферромагнетизм) при одной и той же напряжённости Н намагничивающего поля в зависимости от значения предварит. намагниченности ферромагнетика. На рис. кривая 1 соответствует зависимости М от Н для ферромагнетика, находившегося первоначально в раз-магнич. состоянии. При Н = Н_т ферромагнетик намагничивается до насыщения (М = M_m) и при дальнейшем увеличении Н не изменяется. Если затем Н уменьшать от Н_т до - Н_т, то зависимость М от Н описывается кривой 2. Значение М - M_R при Н = О наз. остаточной намагниченностью, а значение Н_с напряжённости магнитного поля (при Н= - Н_с М = 0) - коэрцитивной силой. При дальнейшем изменении Н от - Н_т до Н_n зависимость М от Н описывается кривой 3. Кривые 2 и 3 образуют замкнутую петлю магнитного гистерезиса. Площадь петли пропорциональна кол-ву теплоты, выделяющейся в ед. объёма ферромагнетика за один цикл его перемагничивания.

2) Г. диэлектрический - различие в значениях поляризации сегнетоэлектрика при одной и той же напряжённости электрич. поля в зависимости от значения предварит. поляризации сегнетоэлектрика.

3) Г. упругий - различие в значениях деформаций в теле при одном и том же напряжении механическом в зависимости от значения предварит. деформации тела. Упругий Г. служит причиной затухания свободных колебаний при вибрациях твёрдого тела, а также поглощения энергии при вынужденных колебаниях.

Основная кривая намагничивания (1) и петля магнитного гистерезиса (2 - 3) типичного ферромагнетика

hysteresis effect, differential gap, hysteresis

* * *

hysteresis

диэлектри́ческий гистере́зис — dielectric hysteresis

гистере́зис кла́пана — valve lag

магнитомехани́ческий гистере́зис — magnetoelastic hysteresis

гистере́зис магнитостри́кции — magnerostriction hysteresis

магни́тный гистере́зис — magnetic hysteresis

сорбцио́нный гистере́зис — sorption hysteresis

термомагни́тный гистере́зис — thermomagnetic hysteresis

упру́гий гистере́зис — elastic hysteresis

* * *

hysteresis

м. физ.

isteresi f

- вращательный гистерезис

- частотный гистерезис

физ., техн.

гістере́зис, -су

- магнитный гистерезис

- упругий гистерезис

физ., техн.

гістере́зис, -су

- магнитный гистерезис

- упругий гистерезис

(от греч. hysteresis - отставание, запаздывание), физ. явление, к-рое состоит в неоднозначной зависимости к.-л. физ. величины, характеризующей состояние в-ва (намагниченности М ферромагнетика, поляризации Р сегнетоэлектрика и т. п.) от другой величины, определяющей внеш. условия (напряжённости магн. H или электрич. Е поля и др.). Г. наблюдается в тех случаях, когда состояние тела определяется внеш. условиями не только в данный момент времени, но и в предшествующие моменты. Наиб. важны: магнитный, сегнетоэлектрич. и упругий Г. При циклич. изменении величины, характеризующей внеш. условия (напр., Е, Н), Г. изображается петлёй (петля Г., см. рис.).